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Introduccin a la

biomasa y estudio de

sustitucin de calderas

en edificios

Introduccin a la biomasa y estudio de sustitucin de calderas en edificios.

ndice de contenidos

1. Introduccin............................................................................... 1

2. La biomasa ................................................................................ 2

2.1. Por qu es una energa renovable? .................................................................2

2.2. Qu es? .................................................................................................................3

2.3. Por qu? ................................................................................................................4

2.4. Para qu?..............................................................................................................5

2.5. Tipos de biocombustibles......................................................................................6

3. La biomasa forestal ................................................................. 14

4. Los residuos agrcolas de podas............................................ 17

5. Los residuos de industrias agrcolas ...................................... 21

6. Los cultivos energticos.......................................................... 22

7. Instalaciones trmicas con biomasa .................................... 28

7.1. Sistemas de almacenamiento y alimentacin................................................28

7.2. Tipos de generadores de calor con biomasa .................................................35

7.3. Componentes de las calderas de biomasa ....................................................44

7.3.1. Sistemas de seguridad ............................................................................... 50

7.3.2. Sistemas de retirada de cenizas ............................................................... 52

7.3.3. Solidificacin de cenizas............................................................................ 53

8. Seleccin de los combustibles apropiados.......................... 53

8.1. Competitividad econmica ..............................................................................58

1



1. Introduccin

La biomasa, a pesar de ser una fuente de energa tan

aparentemente conocida por todo el mundo, es en el fondo la gran

desconocida de las renovables en Espaa, no habiendo progresado

adecuadamente en nuestro pas, a pesar de que tiene un desarrollo

evidente en Europa, donde la utilizacin y el consumo de la biomasa es

mayoritario frente a otras fuentes, como se aprecia en la figura 1.

Fig.1. Produccin de energas renovables. Distribucin por fuentes. 2008. Elaboracin propia a

partir de datos de Eurostat

Materiales residuales de otras actividades econmicas (agricultura,

silvicultura, industrias asociadas a las anteriores, residuos ganaderos, etc)

constituyen un amplio recurso energtico. Objetivos energticos y

ambientales armonizaran bien en este planteamiento: se elimina un

problema a la vez que se obtiene un nuevo beneficio.

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Por sus caractersticas, la biomasa es una de las energas renovables

con mayor capacidad de desarrollo. Existe potencial biomsico suficiente, y

adems, una planta de produccin de electricidad puede generar

electricidad trabajando entre 7.500 y 8.000 horas al ao, lo que significa una

alta produccin por kW instalado a la vez que aporta una gran seguridad

de suministro al sistema elctrico.

Pero la realidad de la biomasa es ms profunda, se trata de un vector

energtico (sistema de almacenamiento de energa) que a corto plazo

puede ser bsico en nuestra sociedad, tanto desde el punto de vista

energtico y ambiental, como para el desarrollo socioeconmico de las

zonas rurales.

2. La biomasa

2.1. Por qu es una energa renovable?

Se denomina energa renovable a la energa que se obtiene de

fuentes naturales virtualmente inagotables.

La formacin de biomasa a partir

de la energa solar se lleva a cabo por

el proceso denominado fotosntesis

vegetal que a su vez es

desencadenante de la cadena

biolgica. Mediante la fotosntesis las

plantas que contienen clorofila,

transforman el dixido de carbono y el

agua de productos minerales sin valor

3



energtico, en materiales orgnicos con alto contenido energtico y a su

vez sirven de alimento a otros seres vivos.

La biomasa mediante estos procesos almacena a corto plazo la

energa solar en forma de carbono.

2.2. Qu es?

De forma genrica, por biomasa se entiende al conjunto de materia

orgnica de origen vegetal, animal o procedente de la transformacin de

las anteriores. Toda esta variedad de posibles materias tienen como nexo

comn el derivar, directa o indirectamente, del proceso de fotosntesis y su

corta antigedad de formacin.

A grandes rasgos, la biomasa se puede clasificar en los siguientes

tipos:

Biomasa natural: producida de forma espontnea en la naturaleza

(generalmente de masas forestales).

Biomasa residual: se incluyen todas aquellas materias primas que se

generan en las actividades de produccin, transformacin y consumo. Se

incluyen residuos agrcolas herbceos, leosos, residuos industriales

agroalimentarios, residuos forestales, residuos generados en las industrias de

transformacin de la madera, residuos ganaderos, aguas residuales y

residuos slidos urbanos (RSU).

Biomasa producida: es la cultivada con el propsito de obtener

biomasa transformable en combustible.

De esta definicin quedan excluidos todos los productos agrcolas

que sirven de alimentacin al hombre y a los animales domsticos, as

4



como los combustibles fsiles, ya que a pesar de que se deriven de

materiales biolgicos, a travs de sucesivas transformaciones han alterado

muy profundamente su naturaleza.

Fig.2. Clasificacin de la biomasa

2.3. Por qu?

Una de las ventajas de la biomasa es su balance neutro en emisiones

de CO2. La combustin de la biomasa libera a la atmsfera la misma

cantidad de dixido de carbono que absorbe en su crecimiento la planta,

todo lo contrario de lo que ocurre con los combustibles fsiles, que aportan

a la atmsfera un exceso del mismo. De este modo, la contribucin de la

biomasa al efecto invernadero es nula.

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Tambin, al emplear la biomasa como combustible se eliminan

residuos, deshechos, aguas residuales y purines que son fuente de

contaminacin del subsuelo y de las aguas subterrneas y en otros casos, se

prevendran incendios.

Otra ventaja de la energa renovable obtenida de la biomasa es que

se produce y consume en un mbito local y puede mejorar las economas

rurales. Con la recogida, transporte y tratamiento de la biomasa para

obtener energa se desarrolla un sector industrial que aporta innumerables

ventajas para zonas rurales.

2.4. Para qu?

La biomasa comprende tres grandes campos de aplicacin:

aplicaciones para produccin de calor (para usos industriales, domsticos,

etc), aplicaciones para la produccin de energa elctrica y

biocombustibles. Es sin duda la produccin elctrica la menos implantada a

pesar de las primas existentes. La dificultad del abastecimiento y las

perdidas por calor (salvo en las complicadas instalaciones de

cogeneracin) hacen poco rentable esta produccin elctrica.

La produccin trmica puede realizarse mediante:

Estufas, normalmente de plets o lea, que calientan una nica

estancia.

Calderas de baja potencia para viviendas unifamiliares o

construcciones de tamao reducido.

Calderas diseadas para un bloque de viviendas, que actan

como calefaccin centralizada.

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Centrales trmicas que calientan varios edificios o instalaciones

(district heating).

La produccin de electricidad no es una aplicacin clsica de la

biomasa. Una serie de factores (mejoras tecnolgicas, nuevos productos

energticos, etc) han abierto este nuevo mercado a la biomasa leosa. La

transformacin en energa se puede realizar por dos caminos:

Combustin de la biomasa para generar un fluido del cual

extraer su energa trmica para convertirla en mecnica por

medio de una turbina de vapor, las prdidas por calor son

considerables (70%).

Conversin de la biomasa en un combustible fluido (pirlisis,

gasificacin) para ms tarde ser utilizado en un motor

alternativo o una turbina de gas.

Se consideran biocombustibles slidos aquellos combustibles slidos,

no fsiles, compuestos por materia orgnica de origen vegetal o animal o

producidos a partir de la misma mediante procesos fsicos, susceptibles de

ser utilizados en aplicaciones energticas. El origen de estos

biocombustibles engloba distintos sectores productivos desde los cultivos

agrcolas o los aprovechamientos forestales, hasta los residuos producidos

en industrias agroalimentarias o forestales. (norma UNE 164001 EX)

2.5. Tipos de biocombustibles

Los recursos biomsicos se presentan en diferentes estados fsicos que

determinan la factibilidad tcnica y econmica de los procesos de

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conversin energtica que pueden aplicarse a cada tipo en particular. Se

pueden encontrar:

Biocombustibles slidos

Biocombustibles lquidos

Biocombustibles gaseosos

Biocombustibles slidos

Entre las posibilidades de transformacin fsica de la biomasa, est su

compactacin para la obtencin de productos combustibles densificados

con un alto poder calorfico y homogneos en sus propiedades y

dimensiones. En el siguiente cuadro se muestran los distintos productos

densificados que pueden obtenerse con las tecnologas industriales que se

comercializan en la actualidad.

Fig.3. Productos obtenidos por compactacin

Las briquetas son un combustible (de origen lignoceculsico en la

mayor parte de los casos) formado por la compactacin de la biomasa. La

materia prima fundamental para su elaboracin son las astillas y los restos

de madera, aunque se pueden utilizar otros restos biomsicos.

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La forma de las briquetas puede ser muy variable y depende de la

maquinaria utilizada en su obtencin. Sin embargo casi todas las briquetas

fabricadas actualmente en Espaa son de forma cilndrica. En la siguiente

figura se observa al detalle

Fig.4. Detalle de briquetas

La briqueta tiene su uso en chimeneas o calderas domsticas como

combustible sustituto de la lea.

Una de las mejores alternativas para la densificacin de la biomasa es

la peletizacin. La peletizacin es un proceso de compactacin de

material lignocelulsico de unas determinadas condiciones (granulometra

inferior a 8 mm y humedad inferior al 10%) Los plets obtenidos tienen unas

dimensiones que pueden variar entre 6 y 12 mm de dimetro y 20-60 mm de

longitud. Su densidad aparente est en torno a 600 kg/m3.

Como puede apreciarse en la siguiente figura, el plet es de un

tamao muy inferior a la briqueta lo que permite su uso en calderas

automticas de biomasa.

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Fig.5. Pellets

Las principales caractersticas fsicas y qumicas de los plets son:

Forma, tamao y color: de las cuales ya se ha hablado anteriormente.

Densidad: la principal caracterstica de los plets frente a las astillas es

que son ms densos, con lo que se facilita el transporte, la

manipulacin y el almacenaje. Los factores que influyen en la

densidad del plet son de dos tipos, la densidad de la materia prima

empleada y la presin ejercida por la prensa en el proceso de

fabricacin, as como el correcto diseo y manipulacin de la misma.

Humedad: la humedad del plet es funcin de la forma en que se

suministre el producto. Como en el proceso de prensado que sufre la

materia prima hasta convertirse en plet se suelen utilizar partculas

secas, y luego la materia se seca an ms durante el propio proceso,

la humedad final podra ser de un 8 a un 10% a la salida de la prensa.

Posteriormente si se venden a granel, como la materia con la que

estn hechos es higroscpica, pueden coger algo de agua y

aumentar su humedad. Sin embargo, durante el proceso de peletizado

aparece un calentamiento lateral exterior que provoca un

baquelizado del plet. Este proceso hace que en el exterior del mismo

aparezca una fina pelcula plstica de color oscuro, que impide la

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entrada de agua en el interior del producto, y por tanto que aumente

su humedad.

Composicin qumica: esta depender de los materiales usados en su

fabricacin. Si se emplean aditivos, habr de tenerse en cuenta la

composicin qumica de los mismos. Lo ideal es conocer los

porcentajes en peso de madera, corteza y aditivos empleados, para

evaluar de manera aproximada la composicin del plet.

Poder calorfico. Es la caracterstica fundamental que define a un

combustible como tal. Depende fundamentalmente de la

composicin qumica del combustible. Ser funcin del material de

procedencia. Suponiendo que provenga de madera y corteza sin

aditivos, el poder calorfico del plet ser el mismo que el de la

madera de la que proviene.

En esencia el proceso de peletizado, consiste en alimentar una gran

prensa de extrusin que empuja al material compactado contra una matriz

en la que hay unos orificios. En cuanto a tecnologas de fabricacin se

distinguen dos tipos de peletizadoras:

Peletizadoras de matriz plana

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Fig.6. Peletizadora de matriz plana

Peletizadoras de matriz anular o cilndrica

Fig.7. Peletizadora de matriz anular

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En el proceso se pueden aadir aditivos, pero su utilizacin es muy

discutida. Los aditivos presentan las siguientes ventajas:

Pueden favorecer el proceso de obtencin del plet

Proporcionan mayor cohesin al producto final

Sin embargo, pueden aparecer algunos inconvenientes debido al uso

de aditivos:

Pueden encarecer el proceso, no slo por el corte de los mismos sino

tambin por los costes originados en su manipulacin.

Pueden resultar contaminantes. Ha de pensarse que los plets se

emplean en calderas automticas y es requisito imprescindible que su

combustin sea limpia para minimizar los intervalos de retirada de

cenizas, de forma que puedan sustituir a los combustibles tradicionales.

Una vez peletizada la biomasa, es necesario enfriar antes de ensacar,

para lo que se usan los enfriadores de cinta. Adems estos dispositivos

pueden usarse para el secado previo de la biomasa cuando este sea

necesario. El enfriamiento se efecta en dos procedimientos fsicos, por

conveccin y por evaporacin.

La principal aplicacin de los plets est en su uso en pequeas

calderas y estufas del sector domstico, fundamentalmente en

comunidades de vecinos y edificios pblicos de tamao medio.

Biocombustibles lquidos

Alberga al conjunto de combustibles lquidos provenientes de distintas

transformaciones de la materia vegetal o animal.

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Dentro de los biocombustibles lquidos se distinguen dos tipos

fundamentales:

Bioetanol: es un alcohol de origen vegetal, producido a partir de la

fermentacin de los azcares o almidn que se encuentran en

algunos cultivos energticos.

Biodisel: es un biocombustible sinttico lquido que se obtiene a

partir de lpidos naturales como aceites vegetales o grasas animales,

nuevos o usados, mediante procesos industriales.

Biocombustibles gaseosos

El biogs es un gas combustible que se genera en medios naturales o

en dispositivos especficos, por las reacciones de biodegradacin de la

materia orgnica, mediante la accin de microorganismos (bacterias

metanognicas, etc.), y otros factores, en ausencia de oxgeno (esto es, en

un ambiente anaerbico).

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3. La biomasa forestal

La biomasa forestal est constituida por aquellos residuos

procedentes de cualquier tipo de actividad humana dentro del campo del

aprovechamiento de los bosques y labores selvcolas.

Para evitar confusiones y conflictos de intereses, es necesario

diferenciar la parte de esta biomasa que es susceptible de ser

aprovechada por la industria de transformacin de la madera, y la que

tiene nulo o escaso valor desde el punto de vista de la fabricacin de

productos, es decir, la biomasa residual, ms conocida como residuos.

Los tratamientos selvcolas convencionales (cortas, podas, claras,

desbroces, apertura de vas, acciones para la prevencin de incendios

etc.) crean unos residuos, de volumen y condiciones de extraccin

variables. La integracin de esta biomasa en una actividad comercial

(produccin elctrica, combustibles slidos, lquidos, compostaje, etc.,)

facilita su recogida, pero normalmente es costosa su obtencin.

A pesar de ello, el aprovechamiento de esta biomasa residual se

hace crucial por varios motivos. En primer lugar, su extraccin supone la

forma ms efectiva en la prevencin del inicio y propagacin de los

incendios forestales que tantos estragos ocasiona en las economas locales

de las reas afectadas. Adems, se crea empleo en aquellas zonas y se

rentabilizan las labores forestales. Por ltimo, tambin es muy importante el

desarrollo de los cultivos energticos, producindose de nuevo la creacin

de empleo en las reas rurales, ya que el producto del agricultor tendr su

mercado asegurado.

Los residuos forestales dispersos, son los que proceden de la

selvicultura y aprovechamiento de las masas forestales, es decir, los que se

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obtienen tras la realizacin de podas, claras, clareos y cortas finales de

rboles, y que tienen escasa utilidad y bajo o nulo valor para su

transformacin en otros productos.

El aprovechamiento de madera definitivo, se realiza normalmente

mediante la corta, cuando la masa arbrea ha alcanzado la edad

necesaria para ello.

En funcin de las especies forestales existentes en un territorio se

darn restos forestales de uno u otro tipo. Los ms comunes son las taramas

de encina, alcornoque y roble y los residuos de pino pinea, pinaster y

eucalipto. Dependiendo de la zona concreta de estudio se darn tambin

otras especies autctonas.

La evaluacin de los residuos forestales dispersos se efecta

anualmente como cantidad de residuo sobre la superficie forestal en, kg de

residuo / ha de superficie. Esta fraccin se estima a partir de la fraccin no

maderable del rbol. Teniendo esto en cuenta, se contemplan las siguientes

fracciones de biomasa:

Fuste

Ramas de dimetro superior a 7 cm

Ramas de dimetro comprendido entre 2 y 7 cm

Ramas de dimetro inferior a 2 cm

Hojas

La biomasa residual procedente de aprovechamientos forestales

convencionales se caracteriza por encontrarse de forma dispersa en el

territorio donde se produce. Esta caracterstica supone la mayor limitacin

en su aprovechamiento como fuente de energa, a diferencia de los

combustibles fsiles, que se encuentran concentrados espacialmente.

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La biomasa, por su propia naturaleza, requiere de una serie de

pretratamientos o transformaciones para ser objeto de un

aprovechamiento energtico eficiente. Las caractersticas intrnsecas y

extrnsecas que aparecen en la biomasa forestal son:

Gran tamao de las piezas (granulometra).

Heterogeneidad y poca uniformidad.

Elevado contenido en humedad.

Reducida densidad.

Gran dispersin de los residuos.

Dificultad de transporte y manipulacin.

Presencia de residuos no aprovechables como arena, piedras,

metales, etc.

Para conseguir el acondicionamiento de la biomasa y las

caractersticas necesarias para mejorar la valorizacin de la misma como

combustible, es necesario realizar una serie de modificaciones.

Generalmente, estos tratamientos se efectan antes de la fase de

transporte, para reducir el coste del mismo.

Las etapas fundamentales en este pretratamiento son la reduccin

de la granulometra en donde se utilizan sistemas de astillado, triturado,

molienda, cribado, tamizado y disgregacin, y reduccin de la humedad

mediante secado natural y secado forzado.

En funcin del tipo de biomasa, el estado en que es recogida y las

caractersticas finales que ha de tener, se realizan una serie de tratamientos,

estando relacionados directamente con la aplicacin final del combustible

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y su precio. La maquinaria utilizada para su recogida y procesado tambin

vara en funcin de estos parmetros.

4. Los residuos agrcolas de podas

Los residuos agrcolas abarcan todas las partes de los cultivos que no

son consumibles o comercializables. Generalmente se trata de restos

lignocelulsicos que se suelen quemar en las tierras de cultivo.

Fig.8. Residuos agrcolas de la poda del olivar

Los residuos agrcolas en funcin de su naturaleza y caractersticas

fsico-qumicas se pueden dividir en:

Los residuos agrcolas herbceos: proceden de plantas de tallo no

leoso que mueren al final de su temporada de crecimiento.

Los residuos agrcolas leosos: proceden principalmente de las

podas de los olivos, viedos y frutales, por lo que su produccin, al igual que

en el caso de los anteriores, tiene un carcter estacional.

La utilizacin de los residuos forestales implica una serie de

operaciones de limpieza, astillado y transporte, las cuales pueden superar

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en algunos casos los precios que el uso energtico puede pagar, pero cuya

realizacin constituye el origen de la existencia de este recurso y que se

justifican desde el punto de vista medioambiental.

En la siguiente figura se muestra a modo resumen las producciones y

rendimientos por hectrea de los residuos de poda de los principales

cultivos en Espaa.

Cultivo Superficie Produccin Rendimiento ha Tm Tm/ha

Olivo 2.200.000 3.394.700 1,5

Viedo 1.163.000 5.420.700 4,7

Almendro 664.000 279.100 0,4

Ctricos 283.350 5.820.900 20,5

Manzano 50.000 922.200 18,4

Tabla.1. Estimacin de los rendimientos de residuos de poda de los principales cultivos leosos en Espaa por hectrea

Las podas de olivos, viedos y rboles frutales, tallos, y en general, la

parte area de la planta que es preciso separar para facilitar la

recoleccin constituyen su principal fuente de suministro.

Por otro lado, es necesario realizar un astillado o empacado previo a

su transporte que unido a la estacionalidad de los cultivos aconseja la

existencia de centros de acopio de biomasa donde centralizar su

distribucin.

La mayora de los residuos no se producen todo el ao, pues estn

sujetos a la estacionalidad de las operaciones que los generan. En este

apartado se pretende recoger la temporalizacin anual en la que se

ocasiona la generacin del recurso, con el objetivo de poder garantizar un

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stock de materia, que proporcione un suministro seguro de la biomasa en

las instalaciones de aprovechamiento. En la siguiente figura se muestra la

estacionalidad de los distintos residuos agrcolas de podas.

Enero Febr Marzo Abril Mayo Junio Julio Agos Sept Octub Noviem Diciem

Sarmiento vid

Poda olivar

Tabla.2. Estacionalidad de los distintos residuos agrcolas de podas

Por otro lado las cantidades de agua existentes en las leas, ramones

y hojas procedentes del cultivo varan mucho segn el momento de la

medicin, ya que los distintos procesos a los que pueden verse sometidos

hacen variar de forma muy importante su humedad. En el momento de la

poda el contenido de agua va a ser muy distinto segn el rgimen de lluvias

anteriores a esta operacin.

El secado en el campo de los restos de la poda durante unos das,

denominado oreo, da lugar a una importante reduccin de la humedad

si las condiciones meteorolgicas lo permiten. Esta reduccin permite

alcanzar un nivel de humedad (base hmeda) del 25%. Segn los objetivos

fijados en el uso de la biomasa puede permitirse un secado mayor, con el

fin de desprender las hojas del resto, o menor si se quiere sacar las hojas del

cultivo.

El problema que nos encontramos para los aprovechamientos de la

poda para biomasa es de ndole tcnico y econmico. Un agricultor

individual medio no tiene capacidad por s mismo para, primero, adquirir la

maquinaria necesaria para triturar los restos de poda y, en segundo lugar,

gestionar el almacenamiento y transporte a planta de los restos, de tal

forma que el proceso global le sea viable econmicamente.

20



Esta situacin conlleva la participacin de empresas de servicios

agrcolas o empresas cooperativas para la realizacin del triturado en

campo y el transporte a destino (planta elctrica o de produccin de

plets) de los restos de poda, as como la gestin previa de la logstica de

almacenamiento en campo de los restos. Para que esta actividad sea

viable econmicamente la superficie de trabajo debe ser lo

suficientemente amplia, de forma que si, como es normal, no puede ser

aportada por un nico propietario, deberemos de proceder a la

agrupacin mediante diversas frmulas como la concentracin o

realizacin del servicio a los socios de una cooperativa, de una comunidad

de regantes o, en el caso de agricultores no asociados, la creacin de

bolsas de fincas para recibir el servicio.

21



5. Los residuos de industrias agrcolas

Los residuos de las industrias agroalimentarias corresponden a

aquellos de naturaleza orgnica que son producidos por las industrias

derivadas de la agricultura (azucareras, fbricas de cervezas, destileras,

etc) y la ganadera (mataderos, lecheras, etc).

Los residuos que merecen destacarse por su importancia cuantitativa

son los procedentes de la fabricacin del aceite de oliva (orujo, alpechines,

alperujo), de la extraccin de aceites de semillas (cscaras), de la

elaboracin de frutos secos, de la industria conservera y de la fabricacin

de cerveza y malta.

En general estos residuos estn condicionados a la actividad industrial

que los genera. Este tipo de actividad, es en muchos casos, estacional, lo

que obliga a una logstica de recogida ms complicada para el

abastecimiento de plantas de generacin elctrica.

Enero Febr Marzo Abril Mayo Junio Julio Agos Sept Octub Noviem Diciem

Cscara arroz

Orujos uva

Residuo tomate

Orujo aceituna

Alperujo

Tabla.3. Estacionalidad de los residuos agroindustriales.

El conocimiento de la localizacin geogrfica de las cantidades de

residuos que se generan resulta fundamental para proponer un posible

aprovechamiento energtico de los mismos, o por el contrario descartar su

utilizacin por ser inviable econmicamente, puesto que la localizacin de

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Introduccin a la biomasa y estudio de sustitucincin de calderas en edificios.

los residuos nos determinar a su vez si pueden usarse en el lugar donde se

han generado y los posibles costes de transporte. La proximidad entre los

puntos de generacin y utilizacin de un residuo es uno de los factores

fundamentales que van a determinar la viabilidad del posible

aprovechamiento energtico.

Fig.9. Radio de accin de agroindustrias. Fuente: IDEA

6. Los cultivos energticos

Se definen como cultivos energticos aquellas especies vegetales de

crecimiento rpido que se plantan con el objetivo de su recoleccin para

obtencin de energa o como materia prima para la obtencin de otras

sustancias combustibles.

23



Las caractersticas fundamentales que identifican a un cultivo

energtico son:

Durante todo su proceso de desarrollo, son similares a cualquier otro

cultivo, por lo que constituyen un producto agrario, con sus requerimientos y

condiciones de explotacin.

El cultivo es realizado por agricultores, requiriendo maquinaria y

tcnicas propias de labores agrcolas ya conocidas.

El cultivo y la manipulacin deben ser compatibles con las

caractersticas de la zona de produccin.

Suelen ser cultivos de crecimiento rpido y rotaciones cortas, con

altos niveles de productividad en biomasa y bajos costes de produccin.

Deben ser rentables, econmicamente hablando, para el

agricultor.

Presentan balance energtico positivo. Es decir que se extrae de

ellos ms energa de la que se invierte en el cultivo y su puesta en planta.

No contribuyen a degradar el medio ambiente y permiten la fcil

recuperacin de la tierra, para implantar posteriormente otros cultivos en

algunos casos.

24



A continuacin se definen los principales cultivos energticos,

agrupndolos segn el tipo de combustible que se puede obtener de ellos.

A) Cultivos oleaginosos para biodisel

El biodisel es un biocombustible sinttico lquido que se obtiene a

partir de la transformacin de aceites vegetales o grasas animales.

Las oleaginosas son plantas de cuya semilla o fruto puede extraerse

aceite, en algunos casos comestible y en otros para uso industrial, como la

fabricacin de biodisel.

A partir de 1.000 kg de aceite, 156 kg de metanol y 9,2 kg de potasa

se obtienen 965 kg de biodisel, 178 kg de glicerina y 23 kg de metanol.

Existen aproximadamente 300 especies de oleaginosas, aunque slo

algunas de ellas producen la suficiente cantidad de aceite por hectrea

como para rentabilizar su explotacin.

Fig.10. Muestra de girasol y biodiesel

25



Fig.11. Plantacin de colza para biodiesel

Los cultivos tradicionales para la obtencin de biodisel han sido la

colza o el girasol, aunque existen nuevos cultivos que se estn implantando

rpidamente.

Cultivos para la produccin de bioetanol

Convencional

Colza Girasol Soja Palma

Alternativos

Jatrofa Cardo Ricino

Brassica Carinata

Tabla.4. Cultivos tradicionales y alternativos para biodiesel (Proyecto Ecas 2007)

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B) Cultivos alcoholgenos para bioetanol

El alcohol etlico o etanol es un producto qumico obtenido a partir de

la fermentacin de los azucares que se encuentran en los productos

vegetales, tales como cereales, remolacha, caa de azcar o biomasa.

El etanol se usa en mezclas con la gasolina en concentraciones del 5,

el 10%, e incluso el 85%, E5, E10 y E85 respectivamente, que no requieren

modificaciones en los motores actuales.

Aproximadamente, se puede obtener un litro de etanol a partir de

2,5-3 kg de granos de cereal, de 10 kg de races de remolacha o de 15-20

kg de caa de azcar. Mediante el cultivo de una hectrea de regado de

remolacha se pueden producir 6.000 litros de etanol, mientras que si se

cultiva maz o sorgo dulce se obtienen 3.700 l o si el cultivo es la caa de

azcar se producen hasta 10.000 l. Si el cultivo es en secano, una hectrea

de trigo producira 880 l, mientras que el sorgo dulce producira 700 l

(Proyecto ECAS 2007).

Fig.12. El maz como cultivo para bioetanol

27



Al igual que en el biodisel, la produccin con cultivos tradicionales

como el maz est dando paso a la aparicin de nuevas especies de mayor

rendimiento.

Cultivos para la produccin de bioetanol

Convencional Cereales (trigo, maz, cebada)

Remolacha Caa de azcar

Alternativos Sorgo sacarino

Patata Chumbera

Tabla.5. Cultivos tradicionales y alternativos para bioetanol (Proyecto Ecas 2007)

C) Cultivos leosos, para biomasa slida

Como cultivos leosos denominamos materiales lignocelulsicos,

procedentes del sector forestal, agrcola o de industrias transformadoras y

que son destinados a la generacin de energa trmica o elctrica.

Las formas en las que actualmente se comercializan estos cultivos

leosos son:

La astilla permite una mayor movilidad en el transporte, ya que su

volumen es menor que el de la materia prima en bruto, aunque posee

mayor humedad y volumen superior a otros productos.

El pellet, es un biocombustible que se caracteriza por ser altamente

densificado (densidad aparente en torno a 600 kg/m3) y de pequeo

tamao (6-12 mm de dimetro y longitudes de 10- 30 mm).

La briqueta es un material lignocelulsico compactado. Se presenta

como un cilindro de 5 a 13 cm de dimetro y una longitud de entre 5 y 30

cm. La densidad es elevada y vara entre 800 y 1.300 kg/m3 en funcin del

proceso de produccin realizado.

28



El carbn vegetal procede de la combustin incompleta de restos

vegetales.

Fig.13. Almacenamiento de cultivos leosos

Al igual que en otros cultivos, existen numerosas especies con

capacidad de ser utilizadas como biomasa slida: Chopo, Eucalipto,

Sauce, Paulownia, Caa.

7. Instalaciones trmicas con biomasa

Dentro de una instalacin trmica con biomasa podemos diferenciar

dos partes fundamentales: el sistema de almacenamiento y alimentacin

del combustible y el generador de calor.

7.1. Sistemas de almacenamiento y alimentacin.

Los sistemas tradicionales de almacenamiento de combustibles

slidos, sobre todo para estufas de baja potencia, se han basado en la

manipulacin y transporte de manera manual, llevando el combustible

hasta la caldera y depositado ste sobre la parrilla del quemador.

29



Para las calderas, poda contarse con un sistema automatizado

mediante distintas formas de transporte que depositen el combustible en la

caldera.

El sistema de almacenamiento deber disearse en funcin del modo

de distribucin suministro, espacio disponible, necesidad anual, disposicin

de la sala de calderas, etc. ste puede ser de tipo prefabricado o de obra.

Los almacenamientos de tipo prefabricado se utilizan para

biocombustibles de pequea granulometra (por ejemplo, plets, astillas o

huesos de aceituna). Algunos tipos son:

Tolva integrada: sistemas de almacenamiento integrados en la propia

caldera o sistema de generacin. Suelen aplicarse a pequeas

potencias (hasta 40 kW), con capacidades de hasta 2.400 kg.

Tolva exterior: para capacidades de hasta 3.000 kg. Se sitan dentro

o fuera del edificio, en las proximidades de la sala de calderas.

Pueden disponer de llenado y alimentacin mediante sistema

neumtico o tornillo sin fin.

Silo flexible: fabricado en lona o polipropileno que conforma un

recinto flexible soportado por una estructura. Puede situarse en el

interior como en el exterior del edificio y tiene una capacidad de

2.000-5.000 kg. Pueden disponer de llenado y alimentacin mediante

sistema neumtico o tornillo sin fin.

Depsitos subterrneos: fabricados para este fin, con una resistencia

a la corrosin adecuada. Pueden estar fabricados en plstico.

Los almacenamientos de obra son salas de nueva construccin o

salas existentes adaptadas para su uso como silo de biomasa. En su

eleccin y diseo debe prestarse especial atencin a evitar la presencia de

30



humedad, ya que la biomasa aumenta su volumen con sta y pierde

propiedades. Los almacenamientos de obra pueden clasificarse:

Con suelo inclinado de dos lados: en ellos se colocan dos falsos suelos

inclinados para que el combustible almacenado se deslice por

gravedad hasta el tornillo sinfn que transporta el combustible.

Con suelo inclinado de un lado: adecuado para silos cuadrados. Si el

ngulo de inclinacin es pequeo, puede ser necesaria la

incorporacin de rascadores para suministrar combustible de manera

continua al sistema de alimentacin.

Con suelo horizontal: adecuado cuando hay poco espacio

disponible. Hace necesaria la inclusin de rascadores giratorios u

horizontales.

Para dimensionar el silo deberemos seguir el siguiente procedimiento:

VCD=Cd/

VCA=VCD * Autonoma (das)

Se estima que el combustible ocupa 2/3 del silo debido a los huecos:

31



Dnde:

VCD es el volumen de combustible diario (m3/da)

Cd es el consumo diario de combustible (m3/da)

es la densidad aparente del combustible (kg/m3)

VCA es el volumen de combustible anual (m3/ao)

VS es el volumen del silo (m3)

A es el rea del silo

En el caso concreto de los plets, los huesos de aceituna y las astillas

de madera es ms factible la indicacin de dimensiones orientativas

gracias a su mayor grado de estandarizacin. Para obtener una primera

aproximacin sobre el volumen del silo necesario para cubrir la demanda

de energa trmica para una temporada o una semana. Los datos se

reflejan en la siguiente tabla siendo stos el mnimo exigido por el RITE para

almacenamientos de edificios de nueva construccin.

Volumen del silo (m3/kW) Suelo inclinado de 1

2 lados Suelo horizontal Tipo de

biomasa

Densidad aparente (kg/m3)

Poder calorfico inferior (kJ/kg)

Volumen de combustible (m3/kW) Por

temporada Por

semana Por

temporada Por

semana

Plets de madera o huesos de aceituna

650 18.000 0,30 0,48 0,023 0,40 0,019

Astillas de madera

250 13.000 1,10 1,77 0,084 1,44 0,069

Nota: se considera una temporada de invierno = 1.500 horas.

Tabla.6. Volumen de almacenamiento necesario por kW de potencia instalada. Fuente: IDAE

32



Como ratio estimado, para 1 kW de potencia instalada son

necesarios alrededor de 200-250 kg de plets o huesos de aceitunas

anuales, que equivalen a unos 900 kWh.

Independientemente del tipo de almacenamiento, los sistemas de

carga de estos pueden clasificarse en:

Sistema semiautomtico: se basa en la recarga del silo de forma

manual (por ejemplo, mediante bolsas).

Sistema de descarga directa: mediante camiones o volquetes que

recargan directamente el silo a travs de una trampilla.

Sistema automtico: emplea dos mangueras flexibles, una de succin

y otra de llenado, para la recarga del silo a distancias de hasta 40 m.

El sistema crea una pequea depresin en la manguera de succin

mientras la manguera de llenado rellena el silo.

El sistema de alimentacin desde el silo hasta la caldera puede

efectuarse por uno de los sistemas siguientes:

Sistema manual: empleado en sistemas de pequea potencia, tipo

tolva o integrado. Los plets se introducen por una tolva superior.

Tornillo sinfn: sistema mecnico para conducir el combustible a lo

largo de su longitud hasta la propia caldera. Puede ser de tipo flexible

o en codo.

Fig.14. Tornillo sinfn en codo

33



Sistema neumtico: una bomba succiona el combustible desde el silo

y lo bombea hasta la caldera. Permite distancias de hasta 15 m.

Fig.15. Silo flexible con sistema de alimentacin neumtico.

Los requisitos indispensables para los sistemas de almacenamiento de

biocombustibles slidos vienen descritos detalladamente en el Reglamento

de Instalaciones Trmicas en los Edificios (RITE-2007) en la IT 1.3.4.1.14 en la

cual se establecen las condiciones de seguridad y almacenamiento de los

biocombustibles slidos:

1. Las instalaciones alimentadas con biocombustibles slidos deben

incluir un lugar de almacenamiento dentro o fuera del edificio, destinado

exclusivamente para este uso.

2. Cuando el almacenamiento est fuera del edificio podr

construirse en superficie o subterrneo, pudiendo utilizarse tambin

contenedores especficos de biocombustible, debiendo prever un sistema

adecuado de transporte.

3. En edificios nuevos la capacidad mnima de almacenamiento del

biocombustible ser la suficiente para cubrir el consumo de dos semanas.

34



4. Se debe prever un procedimiento de vaciado del almacenamiento

de biocombustible para el caso de que sea necesario, para la realizacin

de trabajos de mantenimiento o reparacin o en situaciones de riesgo de

incendio.

5. En edificios nuevos el almacenamiento de biocombustible slido y

la sala de mquinas deben situarse en locales distintos y con las aperturas

para el transporte desde el almacenamiento a los generadores de calor

dotadas con los elementos adecuados para evitar la propagacin de

incendios de una a otra.

6. En instalaciones trmicas existentes que se reformen, en donde no

pueda realizarse una visin en dos locales distintos, el depsito de

almacenamiento estar situado a una distancia de la caldera superior a 0,7

m y deber existir entre el generador de calor y el almacenamiento una

pared con resistencia al fuego de acuerdo con la reglamentacin vigente

de proteccin contra incendios.

7. Las paredes, suelo y techo del almacenamiento no permitirn

filtraciones de humedad, impermeabilizndolas en caso necesario.

8. Las paredes y puertas del almacn deben ser capaces de soportar

la presin del biocombustible. As mismo, la resistencia al fuego de los

elementos delimitadores y estructurales del almacenamiento de

biocombustible ser la que determine la reglamentacin de proteccin

contra incendios vigente.

9. No sern permitidas las instalaciones elctricas dentro del almacn.

10. Cuando se realice un sistema neumtico para el transporte de la

biomasa, este deber contar con una toma de tierra.

35



11. Cuando se utilicen sistemas neumticos de llenado del

almacenamiento debe:

a. Instalarse en la zona de impacto un sistema de proteccin de la

pared contra la abrasin derivada del golpeteo de los

biocombustibles y para evitar su desintegracin por impacto;

b. Disearse dos aberturas, una de conexin a la manguera de

llenado y otra de salida de aire para evitar sobrepresiones y para

permitir la aspiracin del polvo impulsado durante la operacin

de llenado. Podrn utilizarse soluciones distintas a la expuesta de

acuerdo con las circunstancias especficas, siempre que sea

debidamente justificada.

12. Cuando se utilicen sistemas de llenado del almacenamiento

mediante descarga directa a travs de compuertas a nivel de suelo, stas

deben constar de los elementos necesarios de seguridad para evitar cadas

dentro del almacenamiento.

7.2. Tipos de generadores de calor con biomasa

Los generadores de calor de uso domstico se clasifican en dos

grandes grupos atendiendo al fluido empleado en la transferencia de calor:

Generadores de aire caliente (comnmente denominadas estufas): el

calor del quemador se transfiere al aire a calefactor de forma directa

mediante radiacin y conveccin (natural o forzada), como se

observa en la siguiente figura.

- Hogares abiertos

- Hogares cerrados

36



- Estufas de madera

- Estufas de pellet

Fig.16. Generador de aire caliente

Generadores de agua caliente (comnmente denominadas calderas):

el calor del quemador se transfiere al agua y del agua a los emisores

de calor por conveccin natural o forzada, como se muestra en la

siguiente figura.

- Calderas de lea de calefaccin central

- Calderas de pellets centralizadas

- Calderas de astillas

- Calderas mixtas

37



Fig.17. Generador de agua caliente

A continuacin se describen con detalle cada uno de estos tipos de

generadores

a) Hogares abiertos

Los hogares abiertos son conocidos habitualmente como chimeneas.

Son los sistemas menos eficientes para aprovechar el calor:

20% del calor se aprovecha por radiacin.

80% del calor se pierde por la chimenea.

Solo se utilizan por motivos estticos.

Fig.18. Hogar abierto.

b) Hogares cerrados

Se denominan a los generadores de calor que tienen el hogar tras una

puerta de cristal refractario. Se venden como cassettes con cmara de

aire, cenicero y recuperador de calor. Su rango de potencia es de 5-10 kW

y los rendimientos son inferiores al 40%.

38



Al controlarse la entrada de aire de combustin se produce una mayor

temperatura en el hogar.

En algunos casos tienen sistemas de conveccin del aire caliente.

c) Estufas de madera

Estas estufas cuentan con un ventilador para regular

su potencia trmica entre 2 y 15 kW. Emiten la mayor

parte de calor por radiacin.

Fig.19. Estufa de madera

d) Estufas de plets

Similares a las anteriores en instalacin, funcionamiento y conexin a la

chimenea.

Tcnicamente distintas por su sistema automtico de alimentacin de

combustible (tolva). Su autonoma es de hasta 2 das

y la rango de potencias es hasta 11 kW. Pueden

regularse electrnicamente hasta el 30% de su

potencia mxima sin aumento de emisiones.

La retirada de ceniza es semiautomtica.

El quemador debe verificarse diariamente,

eliminando cenizas y escorias. Cada 1500 kg de

combustible revisar todas las partes mecnicas.

Fig.20. Estufa de plets

39



Problemas Soluciones

El quemador no est bien encajado Comprobar y limpiar el asiento del quemador

Muy alto nivel de cenizas

Limpiar el quemador y el cenicero. Comprobar la calidad de los pellets.

La ventana no se limpia sola Comprobar y limpiar el lavador de aire

Los pellets no se cargan

El tornillo est todava vaco, operar a max. Capacidad del tornillo. El sinfn est atascado, limpiar tolva y tornillo con un aspirador. El motor del sin fin no acta, posible avera del motor.

Tabla.7. Soluciones para problemas en una estufa de plets

e) Calderas de lea de calefaccin central

Calderas que pueden cubrir las necesidades de calefaccin de un

edificio. Queman troncos de 25 a 100 cm.

El fuego de baja temperatura produce una primera combustin

liberando gases inflamables.

En la segunda combustin estos gases se queman en una cmara

cermica.

Los gases calientes pasan despus por los intercambiadores y bajan

su temperatura a 200C antes de salir por la chimenea.

El rango de potencia trmica de este tipo de calderas es de 5-150 kW

y podemos llegar a rendimientos de hasta 90% (las modernas incluso ms).

40



Fig.21. Calderas de lea de calefaccin central

f) Calderas de plets centralizadas

Este tipo de generadores de calor se utilizan para calefaccin central

de edificios.

Existen distintos tipos los cuales se diferencian por su forma de

alimentar al quemador:

Carga por el fondo

Carga lateral

Carga superior

En las calderas con carga por el fondo, el sistema de control fuera de

la caldera y el quemador dentro de la caldera.

En las calderas con carga lateral o retorta, los pellets se cargan desde

el lateral a un recipiente de acero o de ladrillo refractario y el aire primario

por debajo de los plets.

41



stas tienen una rpida velocidad de respuesta a cambios de control.

El inconveniente que podemos encontrar es que producen ms

cenizas y riesgo de incendio por contacto directo pletsfuego.

En las calderas con carga superior los plets caen por gravedad.

Fig.22. Carga por el fondo, lateral y superior de las calderas de plets centralizadas

El fuego se produce con aire primario y secundario en el quemador,

lo que provoca una combustin completa de gases y plets. Las cenizas

producidas caen por gravedad al cenicero.

En este sistema no hay apenas riesgo de incendio.

El rango de potencia trmica de las calderas de plets centralizadas

es de 5 50 kW y rendimientos de hasta 90-95%.

Dentro de los generadores de calor de plets centralizados

encontramos las calderas de condensacin. stas son calderas de alto

rendimiento (110% PCI), basado en el aprovechamiento del vapor de agua

que se produce en los gases de combustin y lo devuelve en estado

lquido.

42



Esta recuperacin de la energa reduce considerablemente la

temperatura de los gases de combustin de 150 hasta los 65C limitando as

las emisiones de gases contaminantes.

El nuevo Reglamento de Instalaciones Trmicas en los Edificios, RITE,

aprobado desde el pasado 1 de marzo de 2008 fomenta la instalacin de

estas calderas eficientes.

g) Calderas de astillas

Este tipo de calderas son automticas como las de plets y de

funcionamiento parecido, pero son ms robustas y grandes. Se adaptan a

la carga (100- 30%) por dispositivos electrnicos que actan sobre la

ignicin y su limpieza completamente automtica.

El rango de potencias va desde 35 kW hasta varios MW.

Por lo general este tipo de calderas no son rentables para uso

domstico (baja demanda) debido a los costes de la caldera y las

necesidades de almacenamiento de las astillas.

Fig.23. Caldera de astillas

Hasta 100 kW tienen requisitos para salida de gases y aporte de aire

similar a las de lea.

43



Si la potencia est ajustada a la demanda, la caldera quema de

forma continua y regula su potencia con ventiladores de tiro inducido.

h) Calderas mixtas

Pueden utilizar distintos tipos de combustible: astilla, lea o serrn.

Son similares a las calderas de lea pero con la alimentacin

adaptada. Muy adecuadas en zonas donde se generan residuos de

madera con cantidad suficiente como para ser utilizados como

combustible.

Fig.24. Caldera mixta

44



7.3. Componentes de las calderas de biomasa

El esquema genrico de una caldera de biomasa puede apreciarse

en la figura 8.

Fig.25. Esquema de una caldera de biomasa

Atendiendo al quemador podemos diferenciar dos grupos

significativos:

Calderas con quemador integrado (compactas)

Calderas con un cuerpo estndar que se combina con diferentes

tipos de quemadores (caso de calderas de gasoil que se transforman en

calderas de biomasa), entre las que se distinguen principalmente:

Alimentacin superior.

Alimentacin inferior.

Alimentacin horizontal.

Parrillas fijas.

45



Parrillas mviles.

Las calderas compactas de biomasa se han diseado

especficamente para su uso en calefaccin domstica, en viviendas

unifamiliares o edificaciones. Incluyen sistemas de encendido y limpieza

automticos, que facilitan el manejo del usuario. Normalmente estos

equipos son de potencia de baja a media (hasta 150 KW). En la Fig. 26 se

muestra el esquema general de estos equipos.

1. Caldera. 2. Alimentador inferior.

3. Cenicero. 4. Proteccin contra

desbordamiento. 5. Limpieza de partculas. 6.

Intercambiador de calor. 7. Rascadores. 8.

Chimenea. 9. Sonda.

Fig.26. Esquema de equipo compacto

En el caso de disponer de un cuerpo de caldera ms quemador, se

puede diferenciar cuatro tipos:

Alimentacin inferior (de crisol o afloracin): Estas calderas disponen

de un sistema de alimentacin por afloramiento en la zona inferior. Un

tornillo sinfn transporta la biomasa a travs de un conducto hasta el

quemador, y la empuja al plato de combustin, como se observa en la Fig.

27.

46



1.Tornillo de alimentacin. 2. Biomasa.

3. Aire primario. 4. Aire secundario.

5. Hogar. 6. Intercambiador. 7. Cicln.

8. Cenicero.

Fig.27. Caldera con alimentacin inferior

Presentan buen rendimiento con biomasas de alta calidad, es decir,

poco hmedas y con bajo contenido de cenizas, como pueden ser las

astillas secas, los plets y algunos residuos agroindustriales. La combustin es

lenta, estable y controlada, pues la velocidad de entrada del aire primario

es pequea (entra junto con el combustible) y la alimentacin de

combustible est controlada.

Alimentacin superior: Como se ve en la Fig. 28, los plets caen al

lecho de la combustin mediante un conducto. Se consigue de este modo

separar las zonas de almacenamiento de las de combustin. Sin embargo,

la cada del combustible sobre el lecho de la combustin genera una

combustin inestable y ocasiona una mayor liberacin de polvo e

inquemados que en otros tipos de alimentacin.

Fig.28. Alimentacin superior

47



Alimentacin horizontal: son muy similares a los sistemas de

alimentacin inferior, con la nica variacin del lecho de combustin. En

este caso, la llama del quemador puede dirigirse horizontalmente o hacia

arriba como se muestra en la Fig. 29.

Fig.29. Alimentacin horizontal

De parrillas fijas: las calderas con sistemas de combustin en cascada

disponen de varias etapas sucesivas para la combustin de la biomasa, y

tienen una parrilla de configuracin similar a una escalera, que favorece la

eficiencia y la reduccin de los inquemados, como muestra la Fig. 30. Este

sistema en calderas de tamao medio, con combustibles de calidad media

y alta, como pueden ser los residuos de almazara o los plets.

Los plets o biocombustible se introducen mediante un sistema de

alimentacin automtico en la parrilla superior. Desde aqu descienden a

las parrillas inferiores por gravedad. La distribucin del combustible no est

tan controlada como en los sistemas de parrillas mviles (en calderas de

mayor potencia), ocasionando una compleja optimizacin del rendimiento

del combustible y de la emisin de inquemados.

En cambio, se aprecia un menor deterioro y un sencillo

mantenimiento pues cuentan con menor nmero de piezas mviles.

Fig.30. Alimentacin de parrillas fijas

48



De parrilla mvil: Este sistema se aplica en calderas de mayor

tamao, que permiten utilizar biomasa de calidad inferior y composicin

variable, con mayor contenido en humedad y cenizas. Este diseo se utiliza

generalmente en calderas con una potencia superior a 500 KW, que

normalmente utilizan como combustible astillas, corte, residuos agrcolas e,

incluso, mezclas de composicin variables. En la Fig. 31 se observa el

esquema bsico de este tipo de generadores.

1. Tornillo de alimentacin.

2. Parrilla. 3. Aire primario. 4. Aire

secundario. 5. Intercambiador.

6. Tubos de intercambio. 7. Cicln.

8. Cenicero.

Fig.31. Caldera con parrilla mvil

El intercambiador est formado por un conjunto de tubos verticales.

Su funcin es la transferencia de calor entre los humos y el agua. El

rendimiento en esta transferencia de calor puede ser debido al aumento

de suciedad.

Si el intercambiador es horizontal la limpieza se realiza a mano. Por el

contrario, si ste es vertical, casi todas las calderas tienen sistemas

automticos de limpieza mediante sistemas de turbuladores integrados.

La ceniza se recoge junto al quemador.

49



Fig.32. Limpieza automtica del

intercambiador de calor

El sistema de regulacin es una placa base que regula las entradas y

salidas del sistema. ste controla la temperatura del depsito de ACS y del

depsito de inercia.

Algunas calderas incluyen sonda Lambda. sta supervisa de forma

permanente los valores de gases y reacciona a las distintas calidades de

combustible controlando la impulsin de aire primario y secundario para

controlar una combustin ms limpia, incluso un funcionamiento a carga

parcial.

Existen distintas posibilidades de automatizacin en una caldera de

biomasa:

Alimentacin automtica.

Encendido automtico: resistencia elctrica o una corriente de

aire caliente.

Limpieza automtica del intercambiador de calor.

Extraccin automtica de cenizas.

Mdulo de telegestin: para controlar su funcionamiento de

manera remota.

50



7.3.1. Sistemas de seguridad

Las calderas de biomasa por su naturaleza, deben disponer de algn

sistema de seguridad especfico para ellas, recogido en la siguiente tabla:

Elemento Funcin

Interruptor de flujo Detener la circulacin del fluido en el interior de la

caldera

Dispositivo de interrupcin de funcionamiento del sistema de combustin

Interrumpir la combustin en el caso de alcanzarse

temperaturas superiores a las de diseo ha de existir retroceso de los productos de la combustin o de

llama.

Dispositivo contra el retroceso de llama

Evitar el retroceso de la llama de la caldera hacia el silo de almacenamiento de

la biomasa

Sistema de eliminacin del calor residual

Eliminar el calor adicional producido por la biomasa

ya introducida en la caldera cuando se interrumpe la

combustin

Una vlvula de seguridad

Desviar el agua a sumidero en el caso de sobrepasarse en ms de 1 bar la presin

de trabajo del agua

Tabla.8. Dispositivos de seguridad de la caldera. Fuente: RITE

En cuanto a los dispositivos contra el retroceso de llama de la caldera

hacia el silo de almacenamiento de la biomasa, existen varios sistemas

entro los que destacan:

Compuerta de cierre estanca contra el retroceso de la

combustin, que interrumpe la entrada de combustible a la

caldera.

51



Rociador de extincin de emergencia, que tenga la

capacidad para inundar el tubo de transporte del combustible

en el caso de que se produzca el retroceso de llama. Se

recomienda que este sistema aporte un caudal mnimo de 15

l/h de agua. Este sistema slo se instala en calderas con

grandes potencias.

Sistemas que garanticen la depresin en la zona de combustin

En cuanto a los sistemas de eliminacin del calor residual, las

instalaciones de biomasa tienen mayor inercia que las de gas o gasleo a

seguir generando calor cuando tenga lugar un corte elctrico. Esto se debe

a que la biomasa introducida en la caldera continuar quemndose y por

lo tanto, se sigue produciendo calor con una inercia considerable,

difcilmente controlable a corto plazo. Por consiguiente, las calderas de

biomasa pueden encontrarse en condiciones especialmente crticas; estas

condiciones son bsicamente dos:

1. Interrupcin del suministro elctrico.

2. Avera de la bomba de circulacin de la caldera.

En esas circunstancias, se produce un bloqueo casi total de la

circulacin del agua en la caldera y se interrumpe la aportacin del calor

producido por la combustin de la biomasa. Por consiguiente, la

temperatura del agua puede subir hasta alcanzar y superar los 100 C. Con

temperaturas ms altas a la de ebullicin, la produccin de vapor provoca

un fuerte aumento de la presin del sistema. A falta de dispositivos de

seguridad adecuados se puede llegar rpidamente a una situacin de

peligro.

El sistema de eliminacin del calor residual debe garantizar la

liberacin de este calor adicional producido en la caldera cuando se

52



interrumpe el funcionamiento del sistema de combustin. Para la

evacuacin del calor residual, en una caldera cargada de combustible, la

solucin es instalar un sistema de acumulacin en el tubo de equilibrio del

colector (agua o material de cambio de fase).

Hay varias alternativas para la eliminacin de este calor:

Un recipiente de expansin abierto que pueda liberar el vapor

si la temperatura del agua alcanza los 100C dentro de la

caldera.

Un intercambiador de calor de seguridad en la caldera,

refrigerado por una corriente de agua cuando la temperatura

en el interior de la caldera aumente demasiado.

Un depsito de acumulacin o de inercia, siempre y cuando la

circulacin natural tenga capacidad de enfriar la caldera.

Las bombas que impulsan el agua de calefaccin por el orificio no

deben estar controladas mediante sistemas electrnicos incluidos en la

caldera, de modo que puedan seguir funcionando hasta que se haya

eliminado el calor residual en el caso de un corte elctrico en la caldera.

7.3.2. Sistemas de retirada de cenizas

En el caso de disponer la caldera de extraccin de cenizas

automtico, despus de la eliminacin continua del plato del quemador, la

ceniza es transportada de modo totalmente automtico por un tornillo sinfn

desde la cmara de combustin a una caja de cenizas. Algunos de estos

contenedores estn equipados con ruedas y un asa extensible para facilitar

su transporte. En los sistemas pequeos, la extraccin de cenizas es manual.

53



Estos sistemas pueden tener problemas debido al bloqueo de objetos

extraos o bloques cristalizados que pueden obstruir el tornillo sinfn.

Tambin pueden ser debidos a problemas mecnicos en moto reductores o

que el contenedor de recogida de cenizas se encuentre lleno.

7.3.3. Solidificacin de cenizas

Son elementos slidos, normalmente cristalizados por la temperatura,

que se incrustan en los quemadores de biomasa. A veces para quitarlos

hace falta martillo y escarpa.

Dependiendo del tipo y origen de la biomasa es frecuente que tenga

ciertas cantidades de elementos minerales, tpicamente arena o tierra. stos

en el quemador se funden y vitrifican, quedando pegados.

Para evitar la solidificacin de cenizas se debe ser cuidadoso en todo

el proceso de recoleccin de biomasa para mantenerla limpia. Tambin se

recomienda elegir quemadores que eviten o minimicen este problema con

su diseo y sistema de limpieza.

8. Seleccin de los combustibles

apropiados

Para la seleccin del biocombustible y la caldera deben tenerse en

cuenta las siguientes consideraciones en orden de importancia:

1- Espacio disponible para el almacenamiento del combustible. Esta

situacin condiciona en gran medida el combustible a seleccionar, pues si

se dispone de poco espacio habr que recurrir a combustibles de gran

54



densidad como los plets frente a otros de menor densidad como las astillas

por ejemplo.

2- Mercado local de biocombustibles. Teniendo en cuenta la

disponibilidad, calidad y precio del combustible. Siendo especialmente

minuciosos con la calidad para evitar problemas en las calderas.

3- Calidad del generador. En el mercado existen muchos tipos de

calderas y estufas, por lo que ser necesario conocer la aplicabilidad de los

mismos a los biocombustibles que se oferten.

En las tablas siguientes se describen las principales ventajas e

inconvenientes de los tipos de biocombustibles ms usados.

Astillas de madera Ventajas Inconvenientes

Pueden estar disponibles localmente

Requieren un mayor espacio para el almacenamiento

La produccin fomenta el empleo loca

Baja densidad energtica

Fcil combustin cuando la calidad es elevada (pocas cenizas, poca humedad y

bajo contenido en partculas finas)

Composicin variable, la alta calidad y uniformidad

son importantes, pero difciles de asegurar

Se generan temperaturas menores que en el uso de

los plets

Mayor demanda de personal para la operacin y

mantenimiento de la planta.

Granulometra variable

La baja humedad no est asegurada, pudiendo

presentarse contaminaciones por hongos (esporas)

Tabla.9. Ventajas e inconvenientes del empleo de las astillas de madera

55



Plets Ventajas Inconvenientes

Combustible estandarizado con alta fiabilidad de

operacin Alto coste del combustible

Requieren menor espacio para el almacenamiento

Menores beneficios para la economa local

Menor esfuerzo para la operacin y

mantenimiento de la planta

Generan temperaturas elevadas en los quemadores

Elevada densidad energtica

Baja humedad asegurada (generalmente por debajo

del 10% pues con humedades mayores del

15% se deshacen) Composicin y propiedades

fsicas homogneas Operan con calderas de pequeo tamao y alta

eficiencia Necesidad de espacios

menores de almacenamiento

Se comercializan a nivel internacional

Excelente dosificacin al quemador

Tabla.10. Ventajas e inconvenientes del empleo de plets

56



Residuos Agroindustriales Ventajas Inconvenientes

Pueden estar disponibles localmente

Requieren un mayor espacio para el almacenamiento

Ms baratos que los plets y las astillas

Composicin de cenizas problemtica: problemas

de ensuciamiento, aglomeracin y fusin de

las cenizas Menor esfuerzo para la

operacin y mantenimiento de la planta que las astillas

Pueden dar problemas de emisiones o corrosin de la

caldera

Densidad energticas altas (cscaras y huesos de

aceitunas) Humedad no garantizada

Produccin no estandarizada

Mayor demanda de personal para la operacin y

mantenimiento de la planta que los plets Produccin estacional

Tabla.11. Ventajas e inconvenientes de residuos agroindustriales

Tanto los plets como las astillas o los residuos agroindustriales tienen

ventajas y desventajas. Es importante considerarlas cuando hay que tomar

una decisin sobre la eleccin del combustible.

Tambin podemos encontrar en el mercado lea y briquetas. Su uso

es poco frecuente y prcticamente exclusivo para estufas y calderas de

baja potencia y un grado de automatizacin medio, ya que hay que

introducirlas con gran frecuencia.

El coste de produccin de las briquetas es mayor al de la lea,

aunque la densidad energtica de las primeras es superior. Las briquetas

57



tienen un porcentaje de humedad menor del 15% asegurado, pues al igual

que los plets para mayores ndices se deshacen.

A la hora de adquirir biocombustibles pueden encontrarse dos formas

distintas de distribucin: a granel o en bolsas.

A granel, el combustible se alimenta directamente al depsito de

almacenaje utilizando cisternas con bomba neumtica, camiones

volquete o camiones con piso mvil.

En bolsas, empleando dos tamaos principalmente:

- Bolsas pequeas (15 25 kg) generalmente para estufas o

calderas pequeas con depsito de carga manual o depsito

intermedio.

- Bolsas grandes o Big-bags (1.2 m3, alrededor de 1000 kg) que se

utilizan para sistemas de almacenamiento con silo o para

recarga manual de tolvas.

Por otro lado, el almacenamiento de biocombustibles slidos debe

hacerse segn las especificaciones del Reglamento de Instalaciones

Trmicas en los Edificios (RITE), en un lugar destinado a tal fin. Puede llevarse

a cabo en depsitos de obra en superficie o enterrados o en depsitos

especficos metlicos o textiles. Desde stos el combustible ser

transportado hasta la caldera mediante tornillos sinfn, rgidos o flexibles, o

bien mediante sistemas neumticos.

Al elegir el sistema de almacenamiento y el volumen del mismo se

deben considerar los siguientes factores:

Espacio disponible y accesibilidad al mismo.

Tipo de sistema de distribucin de biomasa que se va a emplear.

58



Necesidades de combustible. Segn el RITE, para edificios de

nueva construccin la capacidad de almacenamientos ser

suficiente para cubrir el consumo de dos semanas.

8.1. Competitividad econmica

Calentarse con biomasa no slo es beneficioso para el medio

ambiente, sino tambin para el ahorro, porque a igualdad de calor

producido, los combustibles vegetales cuestan mucho menos que los fsiles.

La Fig.33, permite comparar los tres principales combustibles fsiles para

calefaccin (gasleo, Gas Natural y gases licuados del petrleo -glp-),

electricidad y los tres principales tipos de biocombustibles.

Fig.33. Comparacin entre los costes de combustibles

La comparacin se ha realizado sobre la base del coste de la energa

correspondiente a 1 GJ. Se observa de inmediato que el coste de la

energa de los biocombustibles es, en todo los casos, netamente inferior. El

ahorro es por lo tanto considerable, y permite en muchos casos una rpida

recuperacin del capital invertido en el sistema.

59



Una informacin ms detallada sobre el poder calorfico y sobre los

costes indicativos de los diversos combustibles biolgicos se puede

encontrar en la Tabla 12, en ella, la energa de la biomasa se expresa como

litro equivalente de gasleo y glp, y como metro cbico equivalente de

metano.

La primera columna de la tabla refleja los diferentes tipos de

combustibles en comparacin, divididos en combustibles fsiles y biomasa.

La segunda columna cita el poder calorfico neto, esto es, la cantidad neta

de energa que se desarrolla de la combustin de 1 kg. de combustible con

su contenido real de agua, en las condiciones reales de utilizacin de la

biomasa. En la tercera columna se cita el coste unitario en /kg; las dos

siguientes columnas, bajo el ttulo comn litro equivalente de gasleo,

indican la cantidad de combustible (en kg) necesaria para producir la

misma energa que produce 1 litro de gasleo y el coste de esa cantidad.

Siguen dos columnas concernientes al litro equivalente de gas lquido (glp)

y dos que citan el metro cbico equivalente de metano.

La tabla permite comparar los combustibles fsiles y los diferentes

tipos de biomasa sobre la base del contenido real de energa. La

comparacin se ha realizado sobre la base de las cantidades y sobre los

costes de la biomasa necesaria para sustituir una cantidad estndar de

combustible fsil.

Por ejemplo, tomamos en consideracin la lea seca para quemar,

que tiene un contenido de humedad del 25%. Se puede observar que son

necesarios 2,79 kg. para obtener la misma energa que produce un litro de

gasleo, y que, siendo el precio de la lea para quemar igual a 0,103 /kg.,

el coste de este litro equivalente de gasleo es igual a 0,29 , valor

aproximadamente de un 65% inferior al coste real del gasleo, igual a 0,83

60



/litro. Anlogamente, son necesarios 2,76 kg. de lea seca para obtener la

misma energa que produce 1 m3 de metano, al coste equivalente de 0,28

contra 0,52 de un metro cbico real de metano.

P.C. neto Litro

equivalente gasleo

Litro equivalente

GPL

Metro cbico

equivalente metano

Combustibles fsiles

KWh/kg (*)

Coste /kg

kg kg kg Gasleo 11,7 0,99 0,83 0,83 0,62 0,61 0,83 0,82 Metano 13,5 0,72 0,73 0,52 0,54 0,39 0,72 0,52 GPL 12,8 1,097 0,76 0,84 0,57 0,62 0,75 0,83

P.C. neto Litro

equivalente gasleo

Litro equivalente

GPL

Metro cbico

equivalente metano

Combustibles de biomasa

KWh/kg (*)

Coste /kg

kg kg kg Lea para quemar 25%

humedad (**) 3,5 0,103 2,79 0,29 2,07 0,21 2,76 0,28

Lea para quemar 35% humedad

3 0,093 3,31 0,31 2,45 0,23 3,27 0,3

Lea para quemar 45% humedad

2,4 0,077 4,08 0,32 3,02 0,23 4,03 0,31

Astillas de haya/encina 25% hum..

3,5 0,067 2,79 0,19 2,07 0,14 2,76 0,19

Astillas de haya/encina 35% hum.

2,9 0,062 3,32 0,21 2,46 0,15 3,28 0,2

Astillas de haya/encina 50% hum.(***)

2,1 0,057 4,64 0,26 3,43 0,19 4,59 0,26

Astillas de lamo 25% humedad

3,3 0,052 2,92 0,15 2,17 0,11 2,89 0,15


2,8 0,044 3,51 0,15 2,6 0,11 3,47 0,15


1,9 0,036 5,02 0,18 3,72 0,13 4,97 0,18

Pellet de madera humedad mx. 10%

4,9 0,18 2 0,36 1,48 0,27 1,98 0,36

(*) 1 KWh = 860 kcal (**) lea seca de dos aos (***) madera recin cortada

Tabla.12. Poderes calorficos y costes indicativos de los combustibles fsiles y de la biomasa

Las calderas de biomasa pueden alcanzar un rendimiento del 95%

con emisiones de CO de 90 mg/m3, cerca del 0,5 % de las emisiones de una

61



vieja caldera de lea. Incluyen la limpieza automtica de las superficies del

cambiador de calor, control del microprocesador e incluso alarma

automtica va telfono mvil.

Para poder comparar los costes de distintos sistemas de calefaccin

se expone el ejemplo siguiente:

Potencia trmica: 100 kW.

Demanda de energa trmica: 140.000 kWh.

Demanda de astillas: 180 m3 (picea).

Almacenamiento de astillas: 50 m3.

Costes de inversin: 43.900 EURO.

Precio de la energa trmica:

Costes de la inversin: 254 EURO/kW.

Precio bsico: 14,5 EURO/ao

Precio de medicin: 18 EURO/piso y mes.

Precio de la energa trmica: 47 EURO/MWh.

Los parmetros econmicos de los sistemas de biomasa estn

determinados por los costes de inversin, que son generalmente ms altos, y

por los costes de operacin que son ms bajos que para los sistemas de

calefaccin convencionales. Los costes de calefaccin se han calculado

segn la norma VDI 2067 los costes utilizados corresponden a calderas de

100 kW en una zona residencial. En Extremadura existen ayudas a la

inversin del 30% al 45% para estos proyectos. En base a estos datos se

expone en la Tabla 13, la comparativa entre distintos combustibles.

62



Unidad Astillas Plets Gasleo Gas Natural Costes de inversin Caldera () 17.500,00 17.500,00 5.800,00 6.600,00 Instalacin () 4.400,00 4.400,00 3.000,00 3.000,00 Obra civil () 22.000,00 15.000,00 13.000,00 10.000,00 Total inversin () 43.900,00 36.900,00 21.800,00 19.600,00 Cantidad subvencionable (%) 100,00 100,00 0,00 0,00 Ayuda (%) 30,00 30,00 0,00 0,00 Inversin menos ayuda () 30.730,00 25.830,00 21.800,00 19.600,00 Costes de capital Caldera (/ao) 1.068,01 1.068,01 505,67 575,42 Instalacin (/ao) 268,53 268,53 261,55 261,55 Obra civil (/ao) 977,04 666,17 824,78 634,44 Total costes de capital (/ao) 2.313,58 2.002,71 1.592,00 1.471,41 Costes de combustible y autoconsumo Costes de combustible (/ao) 3.678,31 6.556,40 8.176,08 8.025,06 Costes de energa elctrica (/ao) 60,00 60,00 50,00 50,00 Total de costes combustible y autoconsumo

(/ao) 3.738,31 6.616,40 8.226,08 8.075,06

Costes de operacin Costes de reparacin de caldera

(/ao) 175,00 175,00 58,00 66,00

Costes de reparacin de la instalacin

(/ao) 44,00 44,00 30,00 30,00

Costes de reparacin del edificio

(/ao) 110,00 75,00 65,00 50,00

Costes de personal (/ao) 960,00 750,00 0,00 0,00 Costes de deshollinado (/ao) 250,00 250,00 200,00 150,00 Contrato de servicios (/ao) 400,00 400,00 200,00 200,00 Total costes de operacin (/ao) 1.939,00 1.694,00 553,00 496,00 Otros costes Seguros (/ao) 250,00 200,00 100,00 100,00 Total otros costes (/ao) 250,00 200,00 100,00 100,00 Total costes anuales (/ao) 8.240,89 10.513,11 10.471,08 10.142,47 Total costes por MWh (/MWh) 54,94 70,09 69,81 67,62

Tabla.13. Comparativa de costes de sistemas de calefaccin con distintos combustibles

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